ПОВЫШЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИМИ ДАТЧИКАМИ

INCREASING THE SENSITIVITY OF STRAIN MEASUREMENT BY DISTRIBUTED FIBER-OPTIC SENSORS

Nikita Sitnikov

student, Department of Communication Lines and Measurements in Communication Technology, Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics,

Russia, Samara

Konstantin Yablochkin

scientific supervisor, candidate of technical sciences, associate Professor, Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics,

Russia, Samara

АННОТАЦИЯ

В этой статье рассматривается повышение чувствительности измерения деформации путем изучения параметров датчика, включая разные типы покрытий и предварительную нагрузку. Сначала представлена экспериментальная установка, обеспечивающая контролируемое скручивание. Затем исследуется повышение чувствительности измерения деформации на основе различных покрытий волокна и вариантов воздействия на сердечник.

ABSTRACT

This article discusses increasing the sensitivity of strain measurement by studying sensor parameters, including various types of coatings and preload. First, an experimental setup providing controlled twisting is presented. Then, an increase in the sensitivity of deformation measurement based on various fibrous coatings and options for influencing the core is investigated.

Ключевые слова: волоконно-оптические датчики; распределенные датчики; повышение чувствительности; измерение деформации.

Keywords: fiber-optical sensors; distributed sensors; increased sensitivity; measurement of deformation.

В этом экперименте были приняты два способа для повышения чувствительности измерения деформации волоконно-оптических датчиков. Первый - использование другого покрытия сердечника. Второй способ заключается в предварительной скручивающей нагрузки на датчики с SMF. Для этого эксперимента было разработано нагрузочное устройство, обеспечивающее контролируемое скручивание SMF. Схема этого устройства показана на рисунке 1(а). На рисунке 1(б) показана конструкция специальных зажимов для SMF. Установка волоконных зажимов показана на рисунке 1(в) и рисунке 1(г).

а)                                    б)                            в)                                 г)

Рисунок 1. Схема нагрузочного устройства и зажимов

Это загрузочное устройство используется для непосредственного приложения равномерной нагрузки к SMF и предварительного скручивания.

Первый способ повышения чувствительности измерения деформации проводится на основе голого волокна и двух покрытий, включая покрытие UV683 и эпоксиакрилатное покрытие. В ходе эксперимента шаг за шагом добавляли 10 равновесных грузов, чтобы получить измеряемую деформацию и контролировать реакцию датчика на каждом уровне деформации. Результаты показаны на рисунке 2, где рисунок 2 (а) показывает чувствительность к деформации исходного эпоксиакрилатного покрытия; Рисунок 2 (б) - чувствительность к деформации голого волокна; Рисунок 2 (в) - чувствительность к деформации волокна с повторным покрытием UV683. Чувствительность к деформации покрытия UV683 и эпоксиакрилатного покрытия лишь незначительно отличается от голого волокна.

а) Эпоксиакрилат                               б) Голое волокно                               в) UV683

Рисунок 2. Чувствительность различных покрытий сердечника к деформации в свободном состоянии

Вторая стратегия заключается в создании предварительной скручивающей нагрузки перед повторным нанесением защитного покрытия. Перед растягиванием волокна производится его скручивание на разный угол оборота. Результат показан на рисунке 3, где (а) - чувствительность к деформации без скручивания; (б) - чувствительность к деформации при 20 градусах скручивания; (в) - чувствительность к деформации при 30 градусах скручивания. Стоит отметить, что чувствительность к деформации на рисунке 2 отличается от чувствительности к деформации на рисунке 3. Это связано с тем, что силы натяжения, принятые в этих экспериментах, различны. В первом эксперименте сила натяжения в два раза больше, чем во втором. Таким образом, эти диаграммы иллюстрируют, что индуцирование предварительного натяга на скручивание может улучшить чувствительность датчиков SMF к деформации.

а) Без скручивания                           б) Угол 20                                                 в) Угол 30

Рисунок 3. Чувствительность различных покрытий сердечника к деформации с предварительной нагрузкой

Эксперименты подтверждают небольшое повышение чувствительности измерения деформации при различных покрытиях. Наибольшее повышение чувствительности наблюдается при условиях введения предварительной скручивающей нагрузки перед нанесением защитного слоя. Однако применение предварительного напряжения путем скручивания волокна не является полностью контролируемым способом повышения его чувствительности.

Список литературы:

1. Ситников Н.С. ПОВЫШЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ // Студенческий: электрон. научн. журн. 2023. № 1(213). URL: https://www.sibac.info/journal/student/213/276651 (дата обращения: 09.01.2023).